JP2002250573A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷房運転時及び暖房運転時のいずれの場合に
おいてもエネルギー利用率を高く維持する 【解決手段】 冷房運転時には、太陽熱集熱器３０によ
り回収した熱を吸着式冷凍機２０に投入して着式冷凍機
２０にて蒸気圧縮式ヒートポンプ１０の高圧側冷媒を冷
却する。一方、暖房運転時には、太陽熱集熱器３０によ
り回収した熱にて蒸気圧縮式ヒートポンプ１０の低圧側
冷媒を加熱しながら、蒸気圧縮式ヒートポンプ１０にて
暖房を行う。これにより、太陽熱集熱器３０により回収
した熱、及び室外熱交換器１２にて回収した熱により暖
房を行うこととなるので、太陽熱集熱器３０により回収
した熱を、冷房運転時及び暖房運転時のいずれの場合に
おいても有効に利用でき、エネルギー利用率を高く維持
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気圧縮式ヒート
ポンプ（吸着式冷凍機）及び吸着式冷凍機を組み合わせ
た空調装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】蒸気圧縮式ヒートポンプ及び吸着式冷凍
機を組み合わせた空調装置として、例えば特開平１１−
２２３４１４号公報に記載の発明では、吸着式冷凍機に
より圧縮機の吐出側の冷媒を冷却することにより、蒸気
圧縮式冷凍機の高圧側冷媒を低下させて圧縮機の圧縮仕
事を減少させている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、仮に、単純に
そのまま、上記公報に記載の発明を冷暖房切換可能な空
調装置に適用すると、冷房運転時には、前述のごとく、
圧縮機の圧縮仕事を減少させて空調装置の効率を向上さ
せることができるものの、暖房時においては、暖房能力
が吸着式冷凍機に吸熱されてしまい、暖房能力が低下し
てしまう。

【０００４】また、この問題を回避するには、太陽熱温
水器にて回収した太陽熱を使用せずに外部に放出する
か、床暖房等の他の暖房機器に回収した太陽熱を使用す
る等の手段が考えられるが、太陽熱を使用せずに外部に
放出する手段では、エネルギーの利用効率が低くなり、
他の暖房機器に回収した太陽熱を使用するでは、温水配
管等の取り回しが複雑になってしまう。

【０００５】本発明は、上記点に鑑み、冷房運転時及び
暖房運転時のいずれの場合においてもエネルギー利用率
を高く維持することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項１に記載の発明では、圧縮機（１
１）、室外熱交換器（１２）、減圧器（１３）及び室内
熱交換器（１４）を有する蒸気圧縮式ヒートポンプ（１
０）と、冷媒の蒸発により冷凍能力を発揮し、かつ、そ
の蒸発した冷媒を吸着するとともに、加熱されることに
より吸着していた冷媒を脱離する吸着剤（Ｓｉ）が収納
された吸着器（２１）を有する吸着式冷凍機（２０）
と、熱を回収する熱回収手段（３０）とを備え、冷房運
転時には、熱回収手段（３０）により回収した熱を吸着
式冷凍機（２０）に投入して、吸着式冷凍機（２０）及
び蒸気圧縮式ヒートポンプ（１０）により冷房を行い、
暖房運転時には、熱回収手段（３０）により回収した
熱、及び室外熱交換器（１２）にて回収した熱により暖
房を行うことを特徴とする。

【０００７】これにより、熱回収手段（３０）により回
収した熱、及び室外熱交換器（１２）にて回収した熱に
より暖房を行うこととなるので、熱回収手段（３０）に
より回収した熱を、冷房運転時及び暖房運転時のいずれ
の場合においても有効に利用でき、エネルギー利用率を
高く維持ことができる。

【０００８】請求項２に記載の発明では、圧縮機（１
１）、室外熱交換器（１２）、減圧器（１３）及び室内
熱交換器（１４）を有する蒸気圧縮式ヒートポンプ（１
０）と、冷媒の蒸発により冷凍能力を発揮し、かつ、そ
の蒸発した冷媒を吸着するとともに、加熱されることに
より吸着していた冷媒を脱離する吸着剤（Ｓｉ）が収納
された吸着器（２１）を有する吸着式冷凍機（２０）
と、熱を回収する熱回収手段（３０）とを備え、冷房運
転時には、熱回収手段（３０）により回収した熱を吸着
式冷凍機（２０）に投入して、吸着式冷凍機（２０）及
び蒸気圧縮式ヒートポンプ（１０）により冷房を行い、
暖房運転時には、熱回収手段（３０）により回収した熱
を蒸気圧縮式ヒートポンプ（１０）に与えて、その与え
た熱及び室外熱交換器（１２）にて回収した熱により暖
房を行うことを特徴とする。

【０００９】これにより、熱回収手段（３０）により回
収した熱、及び室外熱交換器（１２）にて回収した熱に
より暖房を行うこととなるので、熱回収手段（３０）に
より回収した熱を、冷房運転時及び暖房運転時のいずれ
の場合においても有効に利用でき、エネルギー利用率を
高く維持ことができる。

【００１０】請求項３に記載の発明では、圧縮機（１
１）、室外熱交換器（１２）、減圧器（１３）及び室内
熱交換器（１４）を有する蒸気圧縮式ヒートポンプ（１
０）と、冷媒の蒸発により冷凍能力を発揮し、かつ、そ
の蒸発した冷媒を吸着するとともに、加熱されることに
より吸着していた冷媒を脱離する吸着剤（Ｓｉ）が収納
された吸着器（２１）を有する吸着式冷凍機（２０）
と、熱を回収する熱回収手段（３０）とを備え、冷房運
転時には、熱回収手段（３０）により回収した熱を吸着
式冷凍機（２０）に投入して吸着式冷凍機（２０）にて
蒸気圧縮式ヒートポンプ（１０）の高圧側冷媒を冷却
し、暖房運転時には、熱回収手段（３０）により回収し
た熱にて蒸気圧縮式ヒートポンプ（１０）の低圧側の冷
媒を加熱しながら、蒸気圧縮式ヒートポンプ（１０）に
て暖房を行うことを特徴とする。

【００１１】これにより、熱回収手段（３０）により回
収した熱、及び室外熱交換器（１２）にて回収した熱に
より暖房を行うこととなるので、熱回収手段（３０）に
より回収した熱を、冷房運転時及び暖房運転時のいずれ
の場合においても有効に利用でき、エネルギー利用率を
高く維持ことができる。

【００１２】なお、熱回収手段（３０）は、請求項４に
記載の発明のごとく、太陽熱を回収する太陽熱集熱器と
することが望ましい。

【００１３】因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本実施形態は、本発明に係る空調
装置を一般家庭用空調装置に適用したものであって、１
０（太い一転鎖線で囲まれた範囲）は蒸気圧縮式ヒート
ポンプ（蒸気圧縮式冷凍機）であり、２０（細い一点鎖
線で囲まれた範囲）は吸着式冷凍機を示している。

【００１５】ここで、蒸気圧縮式ヒートポンプ１０は、
冷媒を圧縮する圧縮機１１、室外空気と冷媒とを熱交換
する室外熱交換器（以下、室外器と略す。）１２、冷媒
を減圧膨張させる膨張弁（減圧器）１３、室内に吹き出
す空気と冷媒とを熱交換する室内熱交換器（以下、室内
器と略す。）１４、冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離
して余剰冷媒を蓄えるとともに、本実施形態では分離し
た気相冷媒を圧縮機１１の吸入側に供給するアキュムレ
ータ１５、及び圧縮機１１から吐出された冷媒を室外器
１２側に流通させる場合と、室内器１４側に流通させる
場合とを切り換える四方弁（切り換え手段）１６等から
構成されている。

【００１６】そして、本実施形態では、圧縮機１１、室
外器１２、アキュムレータ１５、四方弁１６、及び室外
器１２に空気を送風する送風機１２ａをケーシング（図
示せず。）に収納して１つのユニット（固まり）とし、
膨張弁１３、室内器１４及び室内器１４に空気を送風す
る送風機１４ａをケーシング（図示せず。）に収納して
１つのユニット（固まり）としている。以下、圧縮機１
１等からなるユニットを室外ユニット１０ａと呼び、室
内器１４等からなるユニットを室内ユニット１０ｂと呼
ぶ。

【００１７】一方、吸着式冷凍機２０は、略真空（０．
１ｍｍＨｇ以下）に保たれた容器（吸着器）内の液冷媒
（本実施形態では、水）の蒸発により冷凍能力を発揮す
るものであり、この吸着式冷凍機２０には、図２に示す
ように、液冷媒および蒸発した蒸気冷媒を吸着する吸着
剤（本実施形態では、シリカゲル）Ｓｉが収納された吸
着器２１ａ、２１ｂ、液冷媒Ｌｒと熱交換媒体（本実施
形態では、エチレングリコール系の不凍液が混入された
水）との間で熱交換を行う第１熱交換器２２ａ、２２
ｂ、及び吸着剤Ｓｉと熱交換媒体との間で熱交換を行う
第２熱交換器２３ａ、２３ｂが設けられている。

【００１８】なお、以下、吸着器２１ａ、２１ｂを総称
するときは吸着器２１と表記し、第１熱交換器２２ａ、
２２ｂを総称するときは第１熱交換器２２と表記し、第
２熱交換器２３ａ、２３ｂを総称するときは第２熱交換
器２３と表記する。

【００１９】また、２４は、液冷媒Ｌｒの蒸発により第
１熱交換器２２にて冷却された熱交換媒体と室外器１２
を流出した冷高圧側媒との間で熱交換を行う第３熱交換
器であり、２５は吸着剤Ｓｉが蒸気冷媒を吸着する際に
発生する熱（吸着熱）を外気中に放熱するための放熱器
である。なお、４１〜４３は熱交換媒体を循環させる第
１〜３ポンプであり、４４〜４７は熱交換媒体の循環経
路を切り換える第１〜４四方電磁弁である。

【００２０】ここで、蒸気圧縮式ヒートポンプ１０の高
圧側冷媒とは、圧縮機１１から吐出して膨張弁１３にて
減圧させる前の冷媒を言い、その圧力は圧縮機１１の吐
出圧に略等しい。また、蒸気圧縮式ヒートポンプ１０の
低圧側冷媒とは、膨張弁１３にて減圧された後、圧縮機
１１に吸入される前の冷媒を言い、その圧力は冷媒の蒸
発圧力に略等しい。

【００２１】また、図１中、３０は太陽熱を回収して熱
交換媒体を加熱する太陽熱集熱器（熱回収手段）であ
り、この太陽熱集熱器３０に回収された熱（太陽熱にて
加熱された熱交換媒体）は、後述するように、吸着式冷
凍機２０（吸着剤Ｓｉ）又は第４熱交換器２６を介して
蒸気圧縮式ヒートポンプ１０に供給される。

【００２２】このとき、第３、４熱交換器２４、２６を
流通する熱交換媒体は、室外器１２と膨張弁１３とを繋
ぐ冷媒配管１０ｄを流通する冷媒と熱交換するように配
設されている。

【００２３】因みに、２７は熱交換媒体が一方向のみに
流通することを許容する逆止弁であり、４８は太陽熱集
熱器３０にて加熱された熱交換媒体を第４熱交換器２６
に供給する場合と、吸着器２１（吸着式冷凍機２０）に
供給する場合とを切り換える三方切換弁である。

【００２４】そして、本実施形態では、吸着式冷凍機２
０、第３、４熱交換器２４、２６、及び室外ユニット１
０ａと室内ユニット１０ｂとを繋ぐ冷媒配管１０ｃ、１
０ｄとをケーシング内に収納してユニット化している。
以下、このユニット（太い二点鎖線で囲まれた範囲）２
０ａを吸着冷凍ユニット２０ａと呼ぶ。

【００２５】次に、本実施形態に係る空調装置の作動を
述べる。

【００２６】１．冷房運転時 圧縮機１１を稼働させて蒸気圧縮式ヒートポンプ１０を
稼働させるとともに、第１〜３ポンプ４１〜４３を稼働
させる。

【００２７】このとき、蒸気圧縮式ヒートポンプ１０で
は、圧縮機１１→四方弁１６→室外器１２→膨張弁１３
→室内器１４→アキュムレータ１５→圧縮機１１の順に
冷媒を循環させる。これにより、室内器１４にて室内に
吹き出す空気から熱を奪って蒸発した冷媒は、室外器１
２にて室内に吹き出す空気から奪った熱を放熱して凝縮
する。

【００２８】一方、吸着式冷凍機２０では、第１〜４四
方電磁弁４４〜４７及び三方切換弁４８を作動させて、
冷凍能力を発揮して吸着状態にある吸着器２１（例えば
吸着器２１ａ）の第１熱交換器２２（この例では第１熱
交換器２２ａ）と第３熱交換器２４との間に熱交換媒体
を循環させて蒸気圧縮式ヒートポンプ１０の高圧側冷媒
を冷却するとともに、吸着状態にある吸着器２１（この
例では吸着器２１ａ）の第２熱交換器２３（この例では
第２熱交換器２３ａ）と放熱器２５との間に熱交換媒体
を循環させる。

【００２９】同時に、再生状態（吸着剤Ｓｉに吸着した
蒸気冷媒を脱離させる状態）にある吸着器２１（この例
では吸着器２１ｂ）の第２熱交換器２３（この例では第
２熱交換器２３ｂ）と太陽熱集熱器３０側との間で熱交
換媒体を循環させるとともに、再生状態にある吸着器２
１（この例では吸着器２１ｂ）の第１熱交換器２２（こ
の例では第１熱交換器２２ａ）と放熱器２５との間に熱
交換媒体を循環させる。

【００３０】そして、所定時間ごとに、吸着状態にある
吸着器２２と再生状態にある吸着器２２とを切り換える
運転する。なお、所定時間は、吸着剤Ｓｉの吸着能力や
脱離量等を考慮して適宜選定されるものである。

【００３１】２．暖房運転時 圧縮機１１を稼働させて蒸気圧縮式ヒートポンプ１０を
稼働させるとともに、第２ポンプ４２を稼働させる。

【００３２】このとき、蒸気圧縮式ヒートポンプ１０で
は、圧縮機１１→四方弁１６→室内器１４→膨張弁１３
→室外器１２→アキュムレータ１５→圧縮機１１の順に
冷媒を循環させる。これにより、室外器１２にて外気か
ら熱を奪って蒸発した冷媒は、室内器１４にて外気から
奪った熱を室内に吹き出す空気に放熱して凝縮する。

【００３３】一方、吸着式冷凍機２０は停止させるとと
もに、三方切換弁４８を作動させて、太陽熱集熱器３０
に回収された熱（太陽熱にて加熱された熱交換媒体）を
第４熱交換器２６に供給して蒸気圧縮式ヒートポンプ１
０の低圧側冷媒を加熱する。

【００３４】次に、本実施形態の特徴（作用効果）を述
べる。

【００３５】本実施形態によれば、冷房運転時には、太
陽熱集熱器３０により回収した熱を吸着式冷凍機２０に
投入して着式冷凍機２０にて蒸気圧縮式ヒートポンプ１
０の高圧側冷媒を冷却するので、吸着式冷凍機２０及び
蒸気圧縮式ヒートポンプ１０の両者により冷房を行うこ
ととなる。

【００３６】したがって、蒸気圧縮式ヒートポンプ１０
単独で冷房を行う場合に比べて、蒸気圧縮式ヒートポン
プ１０の高圧側冷媒圧力が上昇してしまうことを抑制し
つつ、少ない消費動力にて冷房運転を行うことができ
る。

【００３７】また、暖房運転時には、太陽熱集熱器３０
により回収した熱にて蒸気圧縮式ヒートポンプ１０の低
圧側冷媒を加熱しながら、蒸気圧縮式ヒートポンプ１０
にて暖房を行うので、太陽熱集熱器３０により回収した
熱を蒸気圧縮式ヒートポンプ１０に与えて、その与えた
熱及び室外器１２にて回収した熱により暖房を行うこと
となる。

【００３８】したがって、暖房運転時には、太陽熱集熱
器３０により回収した熱、及び室外器１２にて回収した
熱により暖房を行うこととなるので、蒸気圧縮式ヒート
ポンプ１０単独で暖房を行う場合に比べて、少ない消費
動力にて暖房運転を行うことができる。延いては、冷房
運転時及び暖房運転時のいずれの場合においてもエネル
ギー利用率を高く維持することができる。

【００３９】ところで、本実施形態では、吸着式冷凍機
２０、第３、４熱交換器２４、２６、及び室外ユニット
１０ａと室内ユニット１０ｂとを繋ぐ冷媒配管１０ｃ、
１０ｄとをケーシング内に収納して吸着冷凍ユニット２
０ａを構成しているので、図３に示すように、吸着冷凍
ユニット２０ａの個数を容易に増減することができる。

【００４０】したがって、吸着冷凍ユニット２０ａの個
数を調節することにより、容易に吸着式冷凍機２０側の
能力（冷凍能力）を調節することができるので、異なる
仕様の空調装置に対して、大幅な設計変更を行うことな
く安価に対応することができる。

【００４１】（その他の実施形態）上述の実施形態で
は、吸着剤Ｓｉとしてシリカゲルを用いたが、本発明は
これに限定されるものではなく、吸着剤Ｓｉとして活性
炭、ゼオライト、活性アルミナなどを用いてもよい。

【００４２】また、上述の実施形態では、液冷媒として
水を用いたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、アルコール、フロンなど吸着剤Ｓｉに吸着されるも
のであれば、その他の物であってもよい。

【００４３】また、上述の実施形態では、暖房運転時
に、低圧側冷媒のうち室外器１２に流入する前の冷媒を
太陽熱集熱器３０にて回収した熱により加熱したが、本
発明はこれに限定されるものではなく、例えば室外器１
２から流入した冷媒を太陽熱集熱器３０にて回収した熱
により加熱してもよい。

【００４４】また、上述の実施形態では、熱回収手段と
して太陽熱集熱器３０を用いたが、本実施形態はこれに
限定されるものではなく、河川、地熱、太陽熱等の自然
界に存在する自然熱エネルギー、又は発電機のエンジン
や燃料電池等の機器からの廃熱を回収することにより熱
回収手段を構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る空調装置の模式図であ
る。

【図２】本発明の実施形態に係る吸着冷凍ユニットの模
式図である。

【図３】本発明の実施形態に係る空調装置の変形例を示
す模式図である。

【符号の説明】

１０…蒸気圧縮式ヒートポンプ、１０ａ…室外ユニッ
ト、１０ｂ…室内ユニット、２０…吸着式冷凍機、２０
ａ…吸着冷凍ユニット、２１…吸着器、２４…第３熱交
換器、２６…第４熱交換器、３０…太陽熱集熱器（熱回
収手段）。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機（１１）、室外熱交換器（１
   ２）、減圧器（１３）及び室内熱交換器（１４）を有す
   る蒸気圧縮式ヒートポンプ（１０）と、 冷媒の蒸発により冷凍能力を発揮し、かつ、その蒸発し
   た冷媒を吸着するとともに、加熱されることにより吸着
   していた冷媒を脱離する吸着剤（Ｓｉ）が収納された吸
   着器（２１）を有する吸着式冷凍機（２０）と、 熱を回収する熱回収手段（３０）とを備え、 冷房運転時には、前記熱回収手段（３０）により回収し
   た熱を前記吸着式冷凍機（２０）に投入して、前記吸着
   式冷凍機（２０）及び前記蒸気圧縮式ヒートポンプ（１
   ０）により冷房を行い、 暖房運転時には、前記熱回収手段（３０）により回収し
   た熱、及び前記室外熱交換器（１２）にて回収した熱に
   より暖房を行うことを特徴とする空調装置。
2. 【請求項２】 圧縮機（１１）、室外熱交換器（１
   ２）、減圧器（１３）及び室内熱交換器（１４）を有す
   る蒸気圧縮式ヒートポンプ（１０）と、 冷媒の蒸発により冷凍能力を発揮し、かつ、その蒸発し
   た冷媒を吸着するとともに、加熱されることにより吸着
   していた冷媒を脱離する吸着剤（Ｓｉ）が収納された吸
   着器（２１）を有する吸着式冷凍機（２０）と、 熱を回収する熱回収手段（３０）とを備え、 冷房運転時には、前記熱回収手段（３０）により回収し
   た熱を前記吸着式冷凍機（２０）に投入して、前記吸着
   式冷凍機（２０）及び前記蒸気圧縮式ヒートポンプ（１
   ０）により冷房を行い、 暖房運転時には、前記熱回収手段（３０）により回収し
   た熱を前記蒸気圧縮式ヒートポンプ（１０）に与えて、
   その与えた熱及び前記室外熱交換器（１２）にて回収し
   た熱により暖房を行うことを特徴とする空調装置。
3. 【請求項３】 圧縮機（１１）、室外熱交換器（１
   ２）、減圧器（１３）及び室内熱交換器（１４）を有す
   る蒸気圧縮式ヒートポンプ（１０）と、 冷媒の蒸発により冷凍能力を発揮し、かつ、その蒸発し
   た冷媒を吸着するとともに、加熱されることにより吸着
   していた冷媒を脱離する吸着剤（Ｓｉ）が収納された吸
   着器（２１）を有する吸着式冷凍機（２０）と、 熱を回収する熱回収手段（３０）とを備え、 冷房運転時には、前記熱回収手段（３０）により回収し
   た熱を前記吸着式冷凍機（２０）に投入して前記吸着式
   冷凍機（２０）にて前記蒸気圧縮式ヒートポンプ（１
   ０）の高圧側冷媒を冷却し、 暖房運転時には、前記熱回収手段（３０）により回収し
   た熱にて前記蒸気圧縮式ヒートポンプ（１０）の低圧側
   の冷媒を加熱しながら、蒸気圧縮式ヒートポンプ（１
   ０）にて暖房を行うことを特徴とする空調装置。
4. 【請求項４】 前記熱回収手段（３０）は、太陽熱を回
   収する太陽熱集熱器であることを特徴とする請求項１な
   いし３のいずれか１つに記載の空調装置。